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功能化石墨烯催化5-羟甲基糠醛定向氧化研究的开题报告
一、研究背景
纤维素是一种重要的可再生资源，可通过化学和生物方法转化为高附加值的化学品。其中，5-羟甲基糠醛（HMF）是纤维素生物质的重要衍生物之一，应用广泛。目前，HMF主要用于生产酰胺类化合物、烯醇、羧酸等，这些化合物都是高附加值的氧化修饰产物。因此，研究高效、节能的HMF制备技术具有重要的应用意义。
传统的HMF制备方法主要依赖于酸性催化剂，如硫酸、盐酸等，但是这些方法存在剧烈的反应条件和严重的环境污染问题，包括产生大量有毒废弃物和酸漏等。因此，开发更加环保、节能的HMF制备方法是非常必要的。
近年来，基于纳米材料的催化技术受到广泛关注，其中石墨烯具有非常优异的催化性能。石墨烯是一种具有两个维度的碳原子晶体，具有较大的表面积和优异的电化学性能。因此，石墨烯催化HMF的定向氧化反应具有重要的研究意义。
二、研究目的
本研究旨在通过功能化石墨烯作为催化剂，研究HMF的定向氧化反应机理，评价石墨烯催化HMF定向氧化反应的催化效率和选择性，并探索石墨烯催化HMF定向氧化反应的影响因素，为HMF的高效、环保制备提供新思路和技术支持。
三、研究内容
1.选择适合的石墨烯载体，并通过表面化学修饰提高催化效率和选择性。
2.设计一系列不同的实验条件，研究石墨烯催化HMF定向氧化反应的影响因素，包括反应温度、反应时间、氧化剂种类和浓度等。
3.研究石墨烯催化HMF定向氧化反应的机理，探索催化剂和反应物的相互作用。
4.评价石墨烯催化HMF定向氧化反应的催化效率和选择性，并与传统的酸性催化剂进行比较。
四、研究意义
本研究将探究石墨烯催化HMF定向氧化反应的机理和关键影响因素，为HMF的高效、环保制备提供新思路和技术支持。该研究还将为石墨烯在其他领域的应用提供参考。
五、研究方法
本研究采用化学合成法制备石墨烯载体，并通过表面化学修饰制备功能化石墨烯催化剂。采用不同的实验条件进行HMF的定向氧化反应，并研究催化剂和反应物的相互作用。采用各种分析手段对反应产物进行定量分析，评价催化效率和选择性并与传统的酸性催化剂进行比较。
六、预期成果
1.获得高效、高选择性的石墨烯催化HMF定向氧化反应的新技术和催化剂。
2.揭示石墨烯催化HMF定向氧化反应的机理和关键影响因素。
3.为HMF的高效、环保制备提供新思路和技术支持。
4.发表1-2篇高水平SCI论文。
七、主要参考文献
1.Zhang,J.,Ma,D.,Huang,R.,Wu,S.,&Chen,Y.(2019).Catalyticvalorizationof5-hydroxymethylfurfural(HMF)towardsbiofuelsandchemicals:Recentadvancesandprospects.Energy&EnvironmentalScience,12(11),3263-3296.
2.Wu,L.,Chen,Q.,Dai,L.,Zhou,S.,Li,X.,Luo,J.,&Zhang,X.(2016).Oxidationof5-hydroxymethylfurfuralto2,5-furandicarboxylicacidusingin-situgeneratedBrønstedacidicionicliquidcocatalystunderairatmosphere.ChemicalEngineeringJournal,284,1060-1067.
3.Zhang,H.,Ren,T.,Huang,H.,Deng,T.,Huang,Y.,Zhou,J.,...&Zhang,X.(2018).Chemocatalyticconversionof5-hydroxymethylfurfuraltoadipicacidandnylon6,6polymerization.JournalofCatalysis,365,97-105.